九州天空城3d微博:耗散论——耗散论简介

第50课 耗散论——耗散论简介 【阅读材料】

耗散论简介

⑴现代热力学有三大领域：平衡态领域，近平衡态领域，非线性领域。

⑵在平衡态领域，力和流均表现为零。它是静止的、稳定的。就整体而言，呈线性水平。它独立存在，无外界纷扰，自成一个封闭的系统。普里戈金曾以歌德《浮士德》中的矮子为例，来描述这个封闭的系统与世界隔绝的状态。那个矮子，“对创造出他的炼金术士说道：‘你来，请轻轻地将我抱在怀里，但不要太紧，以免玻璃破碎。这本是事物的常理；宇宙对于自然物都嫌太窄，人工的产品需要隔绝天地。’在我们熟悉的世界中，平衡态是很少见的并且不安定的态。”这种装进玻璃瓶里的矮子，想把自己孤立起来，不受外物的干扰，不被阳光照射，不受温度影响，永远保持自我平衡，是不可能的。然而，在经典科学看来，平衡态却是一种确定的稳定的物理秩序。

⑶近平衡态领域，力和流都是很弱很弱的。我们的重点的是论述非线性领域。

⑷非线性领域，又叫不平衡态领域。它是以能量的耗散、运动状态的无序、流速的震荡为特征的。它是对平衡态领域的挑战。只要它介入，平衡的线性状态就被打破，而代之以不平衡的非线性状态。

⑸在自然界，没有绝对的平衡。只要在平静的池塘上掠过一丝微风，就会激起阵阵涟漪。即使极目无际、水波不兴的大海，也潜伏着澎湃的急流，它的底部是很不平静的。现代科学告诉我们，绝对的线性平衡，是不存在的；非线性领域的不平衡才是绝对的。卢克莱修认为，旋涡在特定的时间地点，只要落入一个小小的原子，它就会形成一个不平静的新世界。湍流，这个常见的景观，从宏观的高度去观察，它是混沌的无序的；从微观的角度去研究，它却是有序的。湍流，是由许许多多片流组成的。许许多多的片流，虽各各呈现出有序状态，但由于它们彼此之间相互组合，相互撞击，便打破了它们各自的孤立状态，而汇集成咆哮喧嚣的急流。它是不平衡的，非线性的。

⑹在远离平衡态的非线性区域，由于物质运动的涨落变化，无序有序，此起彼伏。普里戈金说：“远离平衡态时却出现了各种各样的机制，对应着发生各种各样耗散结构的可能性。”耗散结构将随着物质运动的涨落变化，转为另一种物质，另一种物质在运动中，又产生新的涨落。这种在非线性状态中运动着的物质，被普里戈金称之为“活性物质”。它永远处于不平衡的活跃状态中。它时而有序，时而无序，然而它的有序，是离不开无序，它的无序，又支配有序，在有序与无序的交替中，始终是不平衡的。因此，“非平衡是有序之源。非平衡使‘有序从混沌中产生’。”

⑺但是，普里戈金在剖析非线性区域的不平衡性时，并未取消有序性。不平衡状态显示之时，也可能出现相对的平衡，无序之中也会出现有序。这种不一致中的一致，一致中的不一致，正表明了物质运动涨落的复杂性。对此，普里戈金总结道：“同一些非线性可能从基本过程的混沌中产生出秩序，也可能在不同的环境中成为破坏这同一秩序的原因，并最终在另一分叉之外产生新的一致性。”这种有序与无序、一致与不一致的涨落现象，俯拾即是。作者所描绘的“溴离子浓度迹线图”，更清楚地表明这一点，此图告诉我们：线性平衡态是相对暂时的，它必然由于外物的作用而产生内部的震荡，而改变自己的形态，由平衡到不平衡，从有序到混沌，再从混沌到有序。如此反复不断，呈逐级分叉状态。每一次震荡的力度与范围，为上次的两倍。远离平衡区域，这种非线性区域表现得尤为明显。它突出地显示出物质运动的不确定性。

⑻耗散结构论告诉我们：宇宙万物在发展过程中是不平衡的。无序是有序的母体，有序是无序的产儿。无序、不平衡、不稳定，普遍存在于大自然中。正由于这种不稳定性，才使宇宙充满了活力。它是流动的涨落的不灭的，不论是有序到无序，还是混沌到有序，它都是最有生命力的决定因素。科学在急流勇进、飞速发展，在混沌到有序的变革中，不平衡性、不确定性永远成为它不可缺少的机制。这种不平衡性、不确定性，仿佛是活动的原子能，放射出巨大的冲击波，冲击着所有的科学领域。它不仅改变着现代自然科学的结构，而且也影响着现代社会科学的结构。不平衡性、不确定性，震撼着一切科学的世袭领地。在人口学中，它调节着人口涨落的节奏，启示人们引进优生优育机制，抑制人口的盲目繁衍；在生态学中，它制约着人与环境的关系，促进无序向有序的转化，相对地保持生态平衡；在经济学中，它启示人们明察经济发展流向，引进竞争手段，触发经济羽翼的升腾；在历史学中，它开拓人们的多维视野，激发人们去多方位地多角度地考察历史长河的流向，并使人们从静止的平面的视野中解脱出来；在哲学中，它启发人们从固定不变的形而上学中解放出来，以变动不居的眼光去洞察世界。如此等等，都说明了耗散结构论的灵魂——不平衡性、不确定性，对科学的不可忽视的影响。

（摘自王明居《模糊美学》中国文联出版公司，1998年3月，36—39页）

【知识窗】

伊里亚·普里戈金，亦译普里高津（ILya Prigogine），是比利时著名科学家，比利时布鲁塞尔自由大学教授。他创立了耗散结构论，因而荣获1977年诺贝尔奖金。他同他的助手伊·斯唐热（IsabeLLe Stengers）博士合写了一部《从混沌到有序》（人与自然的新对话）一书，从哲学的高度上探讨当代自然科学理论，系统全面地提出了耗散结构论，促进了自然科学的发展，在世界自然科学史上作出了重大贡献，在自然哲学史上树立了一块新的里程碑。

耗散结构论是个开放的理论系统，它冲破了经典科学的清规戒律，标新立异，朝气蓬勃，具有旺盛的生命力。耗散结构论认为：宇宙间存在着远离平衡的非线性区域，其根本特征在于它的不平衡性。大自然永远处于不稳定的无序的激荡状态中。以此为中心，作者提出了一系列自然哲学范畴：无序和有序，平衡和不平衡，稳定和不稳定，对称和非对称，简单和复杂，可逆性和非可逆性，决定性和随机性，进化和退化，涨与落，等等。

“在远离平衡态的地方，一些新型的结构可能自发地出现。在远离平衡的条件下，我们可能得到从无序、从混沌到有序的转变。可能产生一些物质的新力学态，反映了给定系统与周围环境相互作用的态。我们把这些新的结构叫做耗散结构，以强调耗散过程在这些结构的形成中所起的建设性的作用。”（《从混沌到有序》46页，上海译文出版社1987年）

【能力场】

⒈耗散结构论告诉我们什么？

⒉经典科学和耗散论对物理秩序看法的区别是什么？

⒊非线性领域的特点是什么？

【导航灯】

这是文章的节选。他首先介绍了现代热力学的三大领域：平衡态领域，近平衡态领域，非线性领域。着重说明非线性领域的特性。对非线性领域的说明主要从三个层次：举例说明，剖析不平衡性的原理，有序与无序的相互关系。最后说明耗散论对自然科学和社会科学的巨大影响和作用。

【操练台】

⑴现代热力学的三大领域是什么？

⑵现代科学告诉我们什么道理？

⑶被普里戈金称之为“活性物质”的是什么？

⑷物质运动的不确定性是怎样表现的？

⑸无序和有序的关系如何？

⑹影响着现代自然科学和社会科学结构的理论核心是什么？

⑺耗散结构论的灵魂是什么？

【写作室】

读了这篇介绍文章，你有何认识？能否结合身边的事例，略举几例加以说明？写一篇700字以内的文章。

【参考答案】

能力场参考答案

⒈耗散结构论告诉我们：宇宙万物在发展过程中是不平衡的。无序是有序的母体，有序是无序的产儿。无序、不平衡、不稳定，普遍存在于大自然中。正由于这种不稳定性，才使宇宙充满了活力。它是流动的涨落的不灭的，不论是有序到无序，还是混沌到有序，它都是最有生命力的决定因素。

⒉在经典科学看来，平衡态却是一种确定的稳定的物理秩序；在耗散论看来，在自然界，没有绝对的平衡。“非平衡是有序之源。非平衡使‘有序从混沌中产生’。”

⒊它是以能量的耗散、运动状态的无序、流速的震荡为特征的。它是对平衡态领域的挑战。只要它介入，平衡的线性状态就被打破，而代之以不平衡的非线性状态。
操练台参考答案

⑴平衡态领域，近平衡态领域，非线性领域。

⑵绝对的线性平衡，是不存在的；非线性领域的不平衡才是绝对的。

⑶是在非线性状态中运动着的物质。

⑷线性平衡态是相对暂时的，它必然由于外物的作用而产生内部的震荡，而改变自己的形态，由平衡到不平衡，从有序到混沌，再从混沌到有序。如此反复不断，呈逐级分叉状态。每一次震荡的力度与范围，为上次的两倍。

⑸无序是有序的母体，有序是无序的产儿。

⑹是耗散结构论的灵魂——不平衡性和不确定性。

⑺耗散结构论的灵魂是宇宙万物的不平衡性和不确定性。